红荧烯发光器件中电流与温度调控的微观演化过程

有机发光磁效应对有机半导体中激发态的微观过程有指纹式响应,本文采用这一灵敏方法探究了红荧烯(Rubrene)发光器件中微观机制随电流与温度的演化.实验结果表明:室温下,注入较小电流(5~100μA)时,Rubrene中主要发生单重态激子的分裂(singlet fission,SF),且该过程几乎不受电流变化的影响;注入中等电流(100~1000μA)时,除发生SF外,由直接注入的三重态激子还可以发生聚合反应(triplet fusion,TF);注入大电流(1000~4500μA)时,除了SF和TF,还出现了系间窜越过程(inter-system crossing,ISC).从室温到20 K的降温过程中,SF变弱,TF增强,ISC过程也越来越强.本器件中ISC随电流与温度的演化规律均与常规发光器件中的规律相反.我们采用相关微观过程的率常数以及不同电流和温度下激发态的寿命对实验结果进行了较好解释,这对深入理解Rubrene在有机发光中的微观机制有一定的促进作用.     

有机发光二极管中多种微观机制共存的有机磁效应

为了探究有机发光二极管(OLEDs)中三重态激子参与的多种机制共同作用下磁场效应的变化规律,揭示复杂环境下OLEDs的性能变化规律,本文在具有较高三重态激子能量的磷光材料m CP中掺入单重态与三重态激子能量共振(ES≈2ET)的荧光染料Rubrene,制备了Rubrene掺杂型的OLEDs.实验发现,掺杂器件的电致发光磁场效应(MEL)表现出了复杂变化,且MEL的低场(B≤5 m T)和高场(5 m T≤B≤500 m T)部分随着掺杂浓度的改变都发生了明显的变化.这些MEL曲线可归结为掺杂体系内超精细相互作用、单重态激子裂变和三重态-三重态激子淬灭三种微观过程共同作用的结果;而不直接产生荧光的三重态激子,可以通过一些自旋混合过程,改变单重态激子的比例,从而对器件发光产生重要影响.器件的工作温度和注入电流密度对磁场效应的影响进一步证实了本研究组的观点.     

新型高效隧道再生多有源区超高亮AlGaInP发光二极管

分析了传统的发光二极管所存在的问题, 提出了一种新的发光机制——高效隧道再生多有源区发光机制, 详细介绍了新型发光管的工作原理, 结构和制备工艺. 通过理论和测试分析, 验证了新机理器件的轴向光强随有源区的数目增加而线性增加的物理思想, 实现了在小电流下的高亮度发光. 器件在未生长厚电流扩展层的情况下, 峰值波长在625 nm左右, 20 mA注入电流下, 15°普通封装, 轴向光强最大超过5 cd.     

利用有机磁效应研究热活化延迟荧光量子阱器件中的微观机制

采用具有反向系间窜越(reverse intersystem crossing,RISC)特性的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料制备了量子阱有机发光二极管,测量了器件的磁电导(magneto-conductance,MC)和磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL),由此还可得到器件效率的磁效应(Mη),并利用这些磁效应特征曲线来研究器件中的微观过程.实验发现:室温下,尽管无量子阱参考器件的MC表现出RISC特性和载流子对三重态激子的解离机制,但量子阱器件的MC则只表现出三重态激子对载流子的散射机制;而且,无量子阱参考器件的MEL和Mη都表现出了系间窜越(ISC)和三重态激子对的湮灭(TTA)的过程,但量子阱器件的MEL则表现出ISC和三重态激子对载流子的散射机制,且其Mη只表现出了ISC属性.随着温度从室温降至20 K,量子阱器件和参考器件的ISC都增强,但量子阱器件在20 K还出现了TTA过程,而参考器件的TTA则在100 K后消失.我们提出根据量子阱器件和无量子阱器件的结构特性以及温度对F?rster能量转移和三重态激子的浓度与寿命的影响可以较好地解释这些实验现象.显然,研究量子阱器件的磁效应,不仅为发光器件提供设计思路,同时还可加深对有机磁效应的认识.     

肖特基接触单层有机太阳能电池的短路电流的数值研究

运用数值方法,系统研究了肖特基接触单层有机太阳能电池的阴极功函数、载流子迁移率和温度对短路电流的影响,得到了短路电流随阴极功函数、载流子迁移率和温度变化的定量关系,这为以后的有机太阳能电池实验研究提供理论基础.     

利用有机发光磁效应研究深蓝色激基复合物的发光机理

2013年Jankus等人在Advanced Materials上报道了NPB与TPBi共混的深蓝色激基复合物的发光机理,根据瞬态光谱的实验结果,他们认为器件中室温下较高的量子效率是由三重态激子的湮灭(TTA)导致的,而不是由热辅助引起的三重态激子T_1向单重态激子S_1的转变结果(即反向系间窜越,RISC).最近的研究表明,有机发光二极管(OLEDs)中的磁效应(magneto-electroluminescence,MEL)可作为研究其发光机理的有效手段,对TTA和RISC都有灵敏的指纹响应.本文制备了结构相同的OLEDs,测量了器件的MEL曲线,发现室温下该器件内部既没有发生TTA,也没有发生RISC过程,仅在低温20K且在大电流工作下才能出现TTA过程,采用更低功函数的阴极、对器件阳极进行臭氧O_3处理、甚至呈量级增大器件的注入电流,以有利于TTA过程的实现,但仍未观察到TTA,器件的磁电导实验结果及其理论模拟表明,该体系内部可能发生了三重态激子与空穴极化子的相互作用T_1(↑↑)+P~+(↓)→S_1(↑↓)+P~+(↑),即TPI(triplet-polaron interaction)过程,本研究对理解NPB与TPBi共混器件的发光机制有较好的参考价值.     

压电电子学及其仿生智能传感

在低维压电半导体材料(比如ZnO和GaN)中,压电极化和半导体电子传输特性的耦合可以给器件带来预想不到的性能.这大大提高了研究人员对压电电子学这一新兴领域的兴趣.另外低维压电半导体材料拥有优异的机械特性,可以被集成到能够应对巨大应力的柔性器件中,外部的机械刺激为柔性器件运行中的电荷-载流子传输,载流子的产生、复合以及分离提供了新的调制方法.本综述回顾了压电电子学的基础理论,不同维度材料体系中的压电电子学,压电电子学晶体管的分类,及广义压电电子学晶体管的应用方面的最新研究进展,并对将来的研究方向进行了深入讨论.     

InGaAs／InP DHBT的基极-集电极设计

研究了在InGaAs／InP DHBT中,组分渐变的集电极和δ掺杂浓度对Kirk电流的影响。提出了有效过渡层的概念。在组分非连续渐变的结构中,有效过渡层扩展到InGaAs的缩进层中。对不同的Kirk效应条件,给出了最大掺杂浓度、最大Kirk电流密度以及相对应的δ掺杂浓度的公式。最大集电极掺杂浓度和最大Kirk电流密度都依赖于δ掺杂层,优化δ掺杂能大幅度提高器件的Kirk电流密度。     

基于自热修正的SOI NMOSFETs热载流子注入效应寿命预测方法

自热效应SHE（self-heating effect）是SOI MOSFETs可靠性研究的关键问题之一.在热载流子注入HCI（hot carrier injection）应力下会导致自热效应加剧,低估器件工作寿命,使得寿命预测不准.本文提出了一种基于直流HCI应力下的0.18μmPD-SOINMOSFETs可靠性寿命预测方法.通过栅电阻法提取沟道中因自热效应产生的温度,采用自热修正后的衬底电流/漏电流比率模型预测PD-SOI NMOSFETs在正常工作电压下的寿命值,预测结果与未消除自热影响预测出的寿命值存在较大差异,说明自热修正在寿命预测中不可忽略,否则会低估器件的工作寿命.     

压电光子学效应及其应用

近年来,压电光子学作为一个新兴的研究领域吸引了学者们的广泛关注.压电光子学效应是压电半导体的压电极化和光激发的耦合,是利用应变诱导的压电极化调控材料能带结构进而控制电子-空穴的复合发光过程.压电光子学效应为新光源、智能触觉传感和机械光子学等重要技术提供了研究基础,尤其结合第三代、第四代半导体材料同时具有压电效应和半导体特性的优势,有望实现高性能的力-致发光器件.本文简要介绍了压电光子学效应的基本原理、材料体系以及压电光子学器件的研究进展,并对这一学科的未来发展进行了展望.     

多孔硅反射镜基有机微腔器件的微结构和光电特性研究

从微结构和光电特性方面研究了一种新型硅基微腔的有机发光器件(SBM-OLEDs): 硅基多孔硅分布Bragg反射镜(PS-DBR)/SiO₂/ITO/有机多层膜/LiF/Al(1 nm)/Ag. 微腔器件的重要组成部分PS-DBR由低成本、高效率的电化学腐蚀方法制备. 场发射扫描电子显微图清晰显示: SBM-OLEDs具有纳米级层次结构和平整的界面. PS-DBR反射谱的阻止带宽160 nm, 且反射率达99%. SBM-OLEDs的反射谱中出现了标志此结构为微腔的共振腔膜. 在绿光和红光波段, 从SBM-OLEDs中都得到了改进的电致发光(EL)谱: 绿光(红光)EL谱的半高宽可由无微腔的83 nm (70 nm)窄化为有微腔时的8 nm (12 nm), 且为单峰发射, 微腔器件EL谱的色纯性有较大提高. 与非微腔器件相比, 发绿光和发红光的微腔在谐振波长处EL的强度分别增强了6倍和4倍. 对微腔器件的电流-亮度-电压(I-B-V)特性和影响器件寿命的因素也进行了讨论.     

深亚微米SOI横向非均匀掺杂推进型栅控混合管的准二维亚阈电流模型

采用两管模型分析了新型深亚微米SOI推进型栅控混合管的工作机制，该器件有效地改善了传统MOS器件中提高速度和降低功耗之间的矛盾，并且大大提高了输出电阻.在此基础上提出了该器件的亚阈电流模型.模型中考虑了横向非均匀掺杂对体效应、短沟效应及迁移率的影响.在考虑可动电荷影响的情况下进行准二维分析，求解表面势，进而求出包括扩散分量和漂移分量的亚阈电流.模型计算结果得到良好的验证，正确反映了SOI推进型栅控混合管的电流特性.该模型同时对POCKET注入深亚微米MOSFET的电流模拟有重要参考意义.     

反向系间窜越和三重态激子湮灭共存体系的有机发光磁效应

利用具有反向系间窜越(RISC)特性的荧光材料4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran(DCJTB)制备了掺杂型有机发光器件,并在20~300 K温度范围内测量了器件的磁致发光曲线(即magneto-electroluminescence,MEL).实验发现,这些MEL曲线表现出奇特的线型:先在低场部分(10 m T)小幅度地快速下降,再随着磁场的增加大幅度地缓慢下降,最终低场和高场都表现为负的MEL,这与具有系间窜越的激子型器件的MEL明显不同.另外,MEL曲线在低场和高场的下降幅度都受注入电流和工作温度的调控.通过分析三重态激子参与的自旋相关过程,认为这些负的MEL是由RISC与三重态激子湮灭(TTA)过程共同引起的,并且三重态激子的寿命是影响RISC过程的主要因素.     

TiO_2纳米阵列的制备、表面修饰及其在钙钛矿太阳电池中的应用

一维TiO_2纳米阵列具有直接的电子传输通道,在太阳电池中作为电子传导材料引起了广泛的关注.以水热法制备的金红石相TiO_2纳米阵列作为有机无机杂化钙钛矿太阳电池电子传导支架,系统研究了TiO_2致密层引入对纳米阵列生长和组装器件光电性能的影响;考察了TiO_2纳米棒棒长和TiCl_4水浴处理等对纳米阵列微结构和组装电池光电性能的影响.致密层的引入有利于获得垂直取向TiO_2纳米阵列,纳米棒棒长的优化有利于光生载流子的快速分离和传导,而采用TiCl_4水浴处理TiO_2纳米阵列,不仅增大了纳米阵列的比表面积,有利于吸附更多的钙钛矿晶体和提升电池对光的俘获,同时TiCl_4水浴处理产生的小纳米颗粒有助于填补钙钛矿晶体与纳米阵列间的缝隙,促进更好的界面接触,从而抑制载流子传导过程中的复合,提升电池性能.在引入TiO_2致密层后,进一步采用0.1 mol/L TiCl_4处理的TiO_2纳米阵列组装的电池展现最优的光电性能,其短路电流密度、开路电压、填充因子分别达到22.88 mA/cm~2,1.04 V和63.58%,电池的能量转化效率达到15.11%.     

CdZnTe半导体探测器X射线能谱响应特性分析

CdZnTe是一种性能优异的高能射线探测材料,在空间科学、核安全以及核医学等众多领域有广泛的应用前景.本文选取了3枚不同等级的CdZnTe探测器,在详细阐述了CdZnTe探测器工作原理的基础上,对比分析了他们的能谱响应曲线和载流子输运特性的关系.重点分析了CdZnTe探测器能量分辨率、电荷收集效率和峰谷比等关键指标参数与CdZnTe晶体中电子和空穴的迁移率和寿命积以及载流子的去俘获效应的相关关联,分析表明载流子的迁移率和寿命积是影响探测器电荷收集效率决定因素,而当电荷收集效率〈90%时,电荷收集不完全对探测器的能量分辨率有较大影响,而载流子在陷阱中的去俘获时间对探测器信号的本底噪音和极化效应有较大影响.建立了一个通过简单平面探测器能谱响应曲线反映CdZnTe晶体载流子输运特性的方法,为CdZnTe探测器和晶体质量的评价和筛选提供了基础.     

电致发光二极管研究进展

本文介绍了电致发光二板管的发展历史、基本结构、发光机理和无机化合物、有机小分子与高分子聚合物三种材料做电致发光二极管的国内外研究进展。同时介绍了磷光掺杂对提高发光效率的基本原理,比较了三种材料制作电致发光二极管时的优缺点,对电致发光二极管存在的问题和发展趋势进行了讨论。     

磁尾的等离子体片边界层场向电流密度与地磁活动指数Kp的关系分析

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明：1）等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增强而增加;2）等离子体片边界层场向电流密度随Kp指数的增大而增大;在磁暴的主相阶段,场向电流迅速增大,电流密度最大达到19.05nA/m2,同时Kp增大至5;3）地磁活动指数Kp与等离子体片边界层区场向电流密度有着一致的变化关系.然而,当AE〈800nT时,等离子体片边界层场向电流密度随着AE的增加而增加,当AE〉800nT时,场向电流密度随着AE的增加而减小.从而说明,等离子体片边界层场向电流密度与Kp指数的变化关系更为密切.     

热活化延迟荧光材料CzDBA掺杂器件的反常磁响应

CzDBA是一种donor-acceptor-donor (D-A-D)型的热活化延迟荧光(TADF)材料,具有比普通D-A型的TADF材料更好的发光性能.为了探究基于CzDBA发光器件的微观过程,本文制备了发光层为CzDBA和4CzTPN-Ph的两种器件,并在室温下测量了它们的电致发光的磁效应(magneto-ele...     

基于印刷碳纳米管薄膜阴极的场发射显示器发光稳定性的提高

针对印刷CNT薄膜中CNT与衬底的不良接触对发光稳定性的影响, 提出了一种可改善器件发光稳定性的阴极共烧结制造工艺. 通过对银浆印刷层和CNT印刷层采用的共烧结处理, 在CNT和银导电衬底接触部位可形成几何匹配或产生CNT镶嵌于银层的结构, 在薄膜顶部则形成CNT团聚物与银块互相嵌套的结构. 这些结构使CNT与银导电层的接触面积增加, 形成欧姆接触的可能性大大提高, 从而使采用共烧结阴极制造的器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较采用普通阴极的器件提高5.6倍.     

热释电光电子学效应

光探测器作为一种将光能转换为电能的电子器件,在军事医疗、遥感通信等方面被广泛地应用.当半导体材料中同时产生光电和热释电时,器件的输出电流及光照时的光响应度,探测率等性能有明显的提升.因此,基于热释电-光伏-半导体三者协同耦合产生的热释电光电子学效应被作为提升光电器件性能的一种有效手段,被应用在多个领域.当器件被光照射时,光感应产生的热释电势对器件接触界面的内建电场进行调制,从而改变载流子的传输过程,而不同类型的材料与半导体接触时形成的内建电场和热释电电势各不相同,因此产生的热释电光电子学效应也存在差异.本文首先介绍了热释电光电子学效应的原理,然后研究了不同类型的材料与半导体接触时产生的热释电光电子学效应对器件电学性能的影响,具体包括半导体与半导体、半导体与金属、半导体与有机物以及半导体与氧化物接触;此外,对提升热释电光电子学效应的方法进行了介绍,包括压电-热释电-光电、铁电-热释电-光电等多物理场协同作用,以及对材料进行掺杂等方法;最后对热释电光电子学效应面临的挑战及在未来的发展作了进一步的展望.